ES2398597T3 - Un método y una disposición para cancelación de eco de señales de voz - Google Patents
Un método y una disposición para cancelación de eco de señales de voz Download PDFInfo
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Abstract
Un método para cancelar ecos en un terminal de comunicaciones (400) durante una llamada de voz con unaparte interesada opuesta, comprendiendo el terminal (400) un altavoz y un micrófono, comprendiendo el método lasetapas siguientes que son ejecutadas por una unidad (416, 600) de cancelación de eco en el terminal (400): a) recibir señales de habla desde el micrófono en una primera entrada (612) de la unidad (600) de cancelación de eco,b) alimentar las señales de micrófono recibidas a una primera ramificación (608) y a una segunda ramificación(610), c) recibir señales de habla desde la parte interesada opuesta en una segunda entrada (602) de la unidad (600) decancelación de eco, d) producir en la primera ramificación (608) una primera estimación de una información de eco en las señales demicrófono, en base a las señales de micrófono recibidas y a las señales de habla recibidas desde la parte interesadaopuesta, e) realizar una sustracción en la que la primera estimación producida es sustraída de las señales alimentadas a lasegunda ramificación (610), y f) presentar a la salida el resultado de la sustracción a partir de la unidad (416, 600) de cancelación de eco,en el que la etapa de producir una primera estimación comprende además las siguientes sub-etapas: * muestro descendente de las señales de micrófono recibidas en la primera ramificación (608) con un factor i demuestreo descendente, * muestreo descendente de las señales de habla recibidas procedentes de la parte interesada opuesta con elfactor i de muestreo descendente, * producción de una segunda estimación muestreada descendente de la información de eco de las señales demicrófono, filtrando las señales de habla sometidas a muestreo descendente procedentes de la parte interesadaopuesta en un filtro digital (606), y * producción de la primera estimación mediante muestreo ascendente de la segunda estimación con un factor ide muestreo ascendente, igual al factor i de muestreo descendente, caracterizado porque el factor i de muestreo descendente y de muestreo ascendente se elige a partir de unapluralidad de valores, donde cada uno de los valores representa un procedimiento de cancelación de eco (416a, b,..., n) disponible separado.
Description
Un método y una disposición para cancelación de eco de señales de voz
Campo técnico
La presente invención se refiere en general a cancelación de eco en comunicaciones de voz transferidas digitalmente, en las que dos o más terminales están en comunicación. En particular, la presente invención puede ser usada cuando dos partes están comunicando por habla a través de teléfonos móviles.
En un sistema de comunicación de voz digital, el habla es transferida entre terminales de una parte que habla y una parte que escucha por un enlace de comunicaciones. En la presente descripción, los terminales móviles están comunicando entre sí en un sistema de comunicaciones móviles. Sin embargo, los terminales pueden ser cualquier tipo de terminales para comunicación de habla transferida digitalmente con un micrófono y un altavoz. Además, el sistema de comunicación de voz puede ser cualquier tipo de sistema en el que dos o más partes estén comunicando su habla, mediante transferencia digital de señales de voz codificadas, por ejemplo un sistema de telefonía alámbrica o inalámbrica, un sistema de telefonía por conferencia, un sistema de teléfono de entrada en un edificio, radioteléfonos, etc.
Con referencia a la Figura 1a, dos personas 100 y 108 que están hablando entre sí, utilizan terminales 102 y 106, respectivamente, transmitiendo señales de habla digitalmente a través de un enlace de comunicaciones 104. Cada terminal tiene un micrófono y un altavoz. Cuando la persona 100 está hablando por el micrófono del terminal 102, su habla es transferida a través del enlace de comunicaciones 104, y es emitida desde el altavoz del terminal 106. El habla emitida desde el altavoz es recogida por el micrófono del terminal 106, junto con el habla de la persona 108, dando como resultado una señal combinada respecto al terminal 102 opuesto. Esta señal combinada es transferida a través del enlace de comunicaciones 104 hasta el terminal 102, donde la persona 100 la oye en su altavoz.
En este proceso, el habla captada por el micrófono del terminal 102 es convertida en señales digitales en el terminal 102, y a continuación es convertida de nuevo en señales analógicas en el terminal 106, antes de ser emitida como habla por el altavoz del terminal 106. De manera correspondiente, el habla captada por el micrófono del terminal 106 es convertida en señales digitales en el terminal 106, las cuales son convertidas de nuevo en señales analógicas en el terminal 102, antes de ser emitidas como habla por el altavoz del terminal 102.
Durante la transferencia desde el micrófono del terminal 102 hasta el altavoz del terminal 106 el habla es retardada, debido a procesamiento de las señales digitales en ambos terminales 102 y 106, y en cualesquiera enrutadores intermedios, puertas de acceso, etc., presentes en el enlace de comunicaciones 104, así como debido al retardo de la trayectoria de propagación. Tales procesos son, por ejemplo, la conversión analógica-digital o la digital-analógica (A/D y D/A, respectivamente), codificación de habla, almacenamiento intermedio de habla, o cualesquiera otros procesos digitales asociados con la comunicación del habla. Las señales de voz reproducidas desde el altavoz del terminal 102, son retardadas debido a la conversión, procesamiento y propagación que se han descrito en lo que antecede. La Figura 1b muestra cómo el retardo total DTotal del habla entrante en el micrófono del terminal 102 hasta que es emitida por el altavoz del terminal 102 incluye básicamente las seis partes siguientes, indicadas también en la Figura 1a: D1, que resulta de la conversión A/D y procesamiento de señal en el terminal 102; D2, que procede del procesamiento de la señal y del retardo de la trayectoria de propagación por el enlace de comunicaciones 104; D3, que procede de la conversión D/A y procesamiento de señal en el terminal 106; D4, que resulta de la propagación del habla desde el altavoz del terminal 106 hasta el micrófono del terminal 106; D5, que procede de la conversión A/D y procesamiento de señal en el terminal 106; D6, que procede del procesamiento de señal y del retardo de la trayectoria de propagación por el enlace de comunicaciones 104; y D7, que procede de la conversión D/A y procesamiento de señal en el terminal 102. Como resultado, la persona 100 que utiliza el terminal 102, oye su propia habla a modo de un eco retardado, que es percibido naturalmente como una perturbación. Típicamente, el retardo DTotal del eco percibido está comprendido en la gama de 30-500 ms.
Para reducir ecos en un sistema de comunicación de voz digital, se aplican en general dos métodos en la actualidad, conocidos como supresión de eco y cancelación de eco a base de filtrado lineal.
Supresores de eco
Un supresor de eco se utiliza típicamente en terminales móviles tales como los terminales 102 y 106, bloqueando temporalmente las frecuencias de las señales de salida hacia el enlace de comunicaciones 104 cuando se detecta que hay ecos presentes. Un supresor de eco común es el Procesador No Lineal, NLP. Para determinar cuándo hay ecos presentes y a qué frecuencias, el NLP del terminal 106 recibe información acerca de las frecuencias de las señales entrantes por el enlace de comunicaciones 104. También recibe información acerca de las frecuencias de las señales de micrófono del terminal 106. Un terminal (por ejemplo, 102 y 106) determina si actualmente es la parte que envía el habla o la que recibe el habla. Si un terminal 106 determina que es la parte receptora del habla, bloquea temporalmente frecuencias, que sean las mismas en las señales de micrófono del terminal 106 y en las señales entrantes por el enlace de comunicaciones 104, para evitar que sean transmitidas por el enlace de comunicaciones 104 hasta el terminal 102 opuesto. De forma similar, si un terminal 102 determina que es el receptor, bloquea temporalmente frecuencias, que sean las mismas en las señales de micrófono del terminal 102 y en las señales entrantes por el enlace de comunicaciones 104, para que no sean transmitidas por el enlace de comunicaciones 104 hasta el terminal 106 opuesto.
Alternativamente, el NLP de los terminales puede estar diseñado para detectar cuándo el eco llega a dominar el habla del usuario del terminal, y bloquear esas frecuencias.
Una ventaja del supresor de eco consiste en que la mayor parte de lo que no sea eco se mantiene para las frecuencias bloqueadas. Sin embargo, existen algunos inconvenientes: las frecuencias del sonido de fondo son bloqueadas temporalmente, dando como resultado una pérdida de naturalidad. En doble conversación, cuando dos personas están hablando simultáneamente, las frecuencias del habla de una de las partes son bloqueadas temporalmente, lo que afecta también al habla emitida por la otra parte.
Canceladores de eco basados en filtrado lineal
Típicamente, un cancelador de eco basado en filtrado lineal se utiliza también en terminales móviles tales como los terminales 102 y 106. Así, el cancelador de eco basado en filtrado lineal del terminal 106 estima la parte de la señal de micrófono del terminal 106, resultante del habla de la persona 100, que es emitida por el altavoz del terminal 106, y la substrae de las señales que van a ser transmitidas de nuevo al terminal 102. Para estimar el eco del habla, se utiliza un filtro digital. Una ventaja de los canceladores de eco basados en filtrado lineal consiste en que conservan la naturalidad del habla, puesto que no bloquean frecuencias del sonido de fondo o de la otra parte hablante. Sinembargo, los canceladores de eco basados en filtrado lineal tienen también algunos inconvenientes: Éstos pueden dejar un eco restante considerable debido a que el filtro digital no modela por completo el eco, y requiere una gran cantidad de capacidad de procesamiento para conseguir una reducción suficiente del eco.
Para proporcionar una estimación de la capacidad de procesamiento requerida, se proporciona un ejemplo en lo que sigue:
La tasa de cálculo C es el producto de una frecuencia de muestreo f y una longitud de filtro l, es decir, C= f x l, donde la longitud de filtro l es el producto de la frecuencia de muestreo f y el retardo de eco t, l = f x t. En otras palabras, C = f2 x t. Para un t de eco de 100 ms y una frecuencia de muestreo f de 8 kHz, la tasa de cálculo C es 80002 Hz x 0,1 s = 6,4 millones de operaciones por segundo (MOPS). Para 16 kHz, se necesitarán 25,6 MOPS. Para 32 kHz, 102,4 MOPS, y para 48 kHz se requieren 230,4 MOPS.
Combinaciones
Los supresores de eco y los canceladores de eco basados en filtrado lineal están así asociados a algunos inconvenientes, por lo que las combinaciones que utilizan ambas técnicas son las más utilizadas, diseñadas para combinar las ventajas y evitar los inconvenientes. En lo que sigue, el término “cancelador de eco” se refiere a cualquier combinación de canceladores de eco basados en filtrado lineal con, o sin, supresores de eco.
Con referencia a la Figura 2, se va a describir ahora brevemente un ejemplo de diseño típico de un cancelador de eco. El cancelador de eco está dispuesto en un terminal 200 utilizado por una persona 210 durante una llamada de voz con un terminal opuesto (no mostrado). Las señales entrantes por el enlace de comunicaciones 202 son convertidas en señales de voz analógicas por el convertidor D/A 204, las cuales son emitidas por el altavoz 206 del terminal 200. El micrófono 212 del terminal 200 recibe de ese modo tanto el habla de la persona 210 como el habla del terminal opuesto, emitida desde el altavoz 206 y afectada por el entorno 208 del terminal 200. Un convertidor A/D 214 toma como entrada las señales procedentes del micrófono 212, y presenta a la salida señales digitales, que representan las señales del micrófono, a un sustractor 218.
El cancelador de eco incluye también un filtro 216 digital adaptativo, que recibe las señales entrantes desde el enlace de comunicaciones 202 procedentes del terminal opuesto, y el filtro 216 recibe también las señales de salida del sustractor 218, y produce señales de salida. Las señales de salida procedentes del cancelador de eco son alimentadas como señales de entrada al sustractor 218. Las señales de salida del filtro 216 son sustraídas a continuación de la señal convertida A/D en el sustractor 218. De ese modo, las señales de salida procedentes del sustractor 218 representan la diferencia entre las señales de micrófono convertidas A/D y las señales de salida procedentes del filtro 216. Los coeficientes de filtro del filtro 216 son determinados (adaptados) dinámicamente en base a las señales de micrófono convertidas A/D del terminal 200, es decir los coeficientes de filtro son actualizados de manera continua. La actualización continua es necesaria debido a que el entorno 208 del terminal 200 cambia. El filtro 216 procesa las señales recibidas por el enlace de comunicaciones 202. De ese modo, las señales de salida procedentes el filtro 216 representan una estimación de la parte de las señales de salida procedentes del convertidor A/D 214 que se originan a partir del altavoz 206 del terminal 200. Estas señales estimadas serán sustraídas, por el sustractor 218, de las señales de salida procedentes del convertidor A/D 214 para conseguir una cancelación de eco adecuada. Las señales de salida procedentes del sustractor 218 son finalmente procesadas por un Procesador No Lineal (NLP) 220 para suprimir cualesquiera ecos restantes, antes de ser transferidas al terminal opuesto (no mostrado).
Con referencia a la Figura 3, se va a describir otro diseño conocido de cancelador de eco. Este cancelador de eco está dispuesto en un terminal 300 operado por una persona 310. Básicamente, las señales por el enlace de comunicaciones entrante 302 son divididas en una pluralidad de bandas de frecuencia que son procesadas individualmente antes de ser combinadas entre sí en una señal compuesta.
Tanto las señales presentes en el enlace de comunicaciones 302 como las señales procedentes del micrófono 312 son divididas en una pluralidad de bandas de frecuencia 1, 2, ..., N por medio de un número de filtros 304 a, b, ..., n y 314 a, b, ..., n, respectivamente. Antes de que las señales del enlace de comunicaciones 302 sean emitidas por el altavoz, son convertidas mediante un convertidor D/A (no mostrado) en señales de habla analógica, y después de que los sonidos emitidos hayan sido recibidos por el micrófono 312 son convertidos mediante un convertidor A/D (no representado). El habla emitida por el altavoz 306 es oída por la persona 310, y también es captada, afectada por el entorno 308 del terminal 300, por el micrófono 312.
Para cada banda filtrada por los pares de filtros respectivos 304a/314a, 304b/314b, ..., 304n/314n, una unidad 316 de control de eco realiza la cancelación de eco, según se ha descrito en lo que antecede, sobre la banda respectiva. Cada banda de frecuencia es filtrada a continuación por un filtro 318 a, b, ..., n respectivo, y el eco es suprimido por el NLP 320 de la manera que se ha descrito anteriormente. Finalmente, las bandas de frecuencia filtradas y suprimidas de eco, son combinadas en una señal compuesta en el NLP 320, antes de ser transferidas al terminal opuesto (no representado).
Una ventaja del cancelador de eco descrito consiste en que la capacidad de procesamiento requerida se reducirá, puesto que la tasa de muestreo puede reducirse cuando las señales que van a ser canceladas de eco se dividen en bandas de frecuencia separadas. Puesto que la tasa de muestra se reduce, la capacidad de procesamiento requerida disminuye con el cuadrado de la reducción de la tasa de muestra. El ejemplo que sigue mostrará cómo se reduce la tasa de cálculo C para el cancelador de eco descrito en lo que antecede:
Según se ha descrito anteriormente, la fórmula para la tasa de cálculo se ha definido como C = f2 x l. Para una frecuencia de muestreo f = 20 kHz y un retardo de eco l = 100 ms, la tasa de cálculo C es 200002 Hz x 0,1 s = 40 MOPS. Si las señales son en cambio divididas en 4 bandas de frecuencia separadas, teniendo cada una de ellas una frecuencia de muestreo de 5 kHz, la tasa de cálculo para cada banda de frecuencia C es 50002 Hz x 0,1 s = 2,5 MOPS. Para las 4 bandas de frecuencia, la tasa de cálculo total Ctot es entonces 4 x 2,5 MOPS = 10,0 MOPS. De ese modo, dividiendo las señales que van a ser canceladas de eco en 4 bandas, se reduce la tasa de cálculo desde 40 MOPS hasta 10 MOPS, es decir, la tasa de cálculo total se reduce en un factor de 4.
Otra ventaja del cancelador de eco consiste en que se pueden usar diferentes canceladores de eco basados en filtrado lineal para las bandas respectivas. Si, por ejemplo, la mayor parte del eco está presente en la gama de frecuencia más baja, y menos en la gama de frecuencia más alta, entonces se puede usar un cancelador de eco complejo, que dé como resultado un eco restante pequeño, para la gama de frecuencia más baja, y se puede usar uno menos complejo para la gama de frecuencia más alta. Sin embargo, un inconveniente del cancelador de eco descrito consiste en que el proceso de combinación de las bandas en una señal compuesta aceptables es relativamente complejo.
Por ello, existen ciertos problemas asociados a las soluciones existentes mencionadas con anterioridad. Incluso con una combinación de supresores de eco y canceladores de eco basados en filtrado lineal resulta un problema, considerando la capacidad de procesamiento limitada del terminal, diseñar un aparato que produzca un eco restante a partir de los canceladores de eco basados en filtrado lineal que sea suficientemente pequeño como para ser suprimido por los supresores de eco, sin perder la naturalidad de las señales de habla resultantes.
La técnica relacionada se encuentra descrita, por ejemplo, en el documento GB A 2342549, que describe cancelación de eco con los retardos eliminados, comprendiendo la cancelación de eco un muestreo descendente de la señal de eco digital y de una señal de referencia, así como muestreo ascendente y recombinación para crear una señal reconstruida, que se sustrae de la señal de eco digital.
Otro problema consiste en que, en situaciones con un cancelador de eco de banda dividida, el diseño de la función sumaria para las bandas es muy complejo. Esto se debe, por ejemplo, al hecho de que las características de filtro para las bandas no son ideales en la práctica, y a que se utiliza una pluralidad de unidades de control de eco diferentes para las bandas respectivas.
Un objeto de la presente invención consiste en direccionar al menos algunos de los problemas expuestos en lo que antecede. Además, un objeto de la presente invención consiste en proporcionar una solución para permitir una cancelación efectiva de ecos en un terminal de comunicaciones, que requiera una cantidad reducida de capacidad de procesamiento, durante comunicaciones de voz por un enlace de comunicaciones.
Estos y otros objetos pueden ser obtenidos mediante un método y un aparato conforme a las reivindicaciones independientes anexas.
De acuerdo con un aspecto, se proporciona un método para cancelar ecos en un terminal de comunicaciones durante una llamada de voz con una parte interesada opuesta. El terminal de comunicaciones comprende un altavoz, un micrófono, y una unidad de cancelación de eco. Cuando se cancelan ecos, la unidad de cancelación de eco recibe señales de habla desde la parte interesada opuesta y señales de habla desde el micrófono. Las señales de micrófono son alimentadas a una primera y una segunda ramificaciones, donde en la primera ramificación se produce una primera estimación de la información de eco de las señales de micrófono, en base a las señales de habla recibidas desde la parte interesada opuesta y las señales de micrófono recibidas. Finalmente la estimación es sustraída de las señales alimentadas a la segunda ramificación, dando como resultado una señal de habla cancelada de eco para ser transmitida hasta la parte interesada opuesta. Cuando se produce la primera estimación, las señales de micrófono recibidas en la primera ramificación son sometidas a muestreo descendente con un factor i de muestreo descendente, y las señales de habla recibidas desde la parte interesada opuesta son sometidas a muestreo descendente con el mismo factor i de muestreo descendente. Las señales de habla muestreadas descendentes procedentes de la parte interesada opuesta, son filtradas por medio de un filtro digital, dando como resultado una segunda estimación. La segunda estimación es sometida a continuación a muestreo ascendente con un factor i de muestreo ascendente, que es igual al factor i de muestreo descendente, que forma la primera estimación.
De acuerdo con otro aspecto, se proporciona una disposición en un terminal de comunicaciones para cancelar ecos durante una llamada de voz con una parte interesada opuesta. El terminal de comunicaciones comprende un altavoz, un micrófono, y una unidad de cancelación de eco. La unidad de cancelación de eco está adaptada para recibir señales de habla desde la parte interesada opuesta y señales de habla desde el micrófono. La unidad de cancelación de eco comprende una primera y una segunda ramificaciones, en las que la primera ramificación está adaptada para recibir las señales de micrófono y producir una estimación de la información de eco presente en las señales de micrófono, en base a las señales de habla recibidas procedentes de la parte interesada opuesta y de las señales de micrófono recibidas. La segunda ramificación está adaptada para recibir las señales de micrófono, y un sustractor está adaptado para sustraer la estimación producida desde las señales de la segunda ramificación. La unidad de cancelación de eco comprende además un primer muestreador descendente adaptado para un muestreo descendente de las señales de micrófono recibidas en la primera ramificación con un factor i de muestreo descendente, y un segundo muestreador descendente adaptado para el muestreo descendente de las señales de habla recibidas desde la parte interesada opuesta con el mismo factor i de muestreo descendente. Además, la unidad de cancelación de eco comprende un filtro digital que está adaptado para filtrar las señales de habla tratadas con muestreo descendente procedentes de la parte interesada opuesta para producir una segunda estimación, y un muestreador ascendente adaptado para someter a muestreo ascendente la segunda estimación con un factor i, que es igual al factor i de muestreo descendente, dando como resultado la primera estimación. Realizar cancelación de eco en base a señales de habla tratadas con muestreo descendente procedentes de la parte interesada opuesta y a señales de micrófono sometidas a muestreo descendente, puede requerir una cantidad relativamente pequeña de capacidad de procesamiento del terminal de comunicaciones, dando incluso como resultado una cancelación de eco de calidad suficientemente alta.
De acuerdo con un aspecto adicional, se proporciona un método para cancelar ecos en un terminal de comunicaciones durante una llamada de voz con una parte interesada opuesta. El terminal de comunicaciones comprende un altavoz, un micrófono, y una unidad de cancelación de eco. Cuando se cancelan ecos, la unidad de cancelación de eco recibe información acerca de la capacidad de procesamiento normalmente disponible del terminal de comunicaciones, selecciona un procedimiento de cancelación de eco adecuado en base a la capacidad de procesamiento normalmente disponible, y aplica el procedimiento de cancelación de eco seleccionado. El procedimiento de cancelación de eco se selecciona a partir de una pluralidad de procedimientos de cancelación de eco seleccionables en la unidad de cancelación de eco.
Además, el procedimiento de cancelación de eco comprende las etapas de: muestreo descendente de señales de habla entrantes por un enlace de comunicaciones, filtrado de las señales sometidas a muestreo descendente en un filtro adaptativo, muestreo ascendente de las señales filtradas, y sustracción de las señales sometidas a muestreo ascendente de las señales de habla procedentes del micrófono.
De acuerdo con un aspecto adicional más, se proporciona una disposición en un terminal de comunicaciones para cancelar ecos durante una llamada de voz con una parte interesada opuesta. El terminal de comunicaciones comprende un indicador de capacidad adaptado para indicar la capacidad de procesamiento normalmente disponible del terminal de comunicaciones, una unidad de control adaptada para seleccionar un procedimiento de cancelación de eco disponible, basado en la capacidad de procesamiento normalmente disponible, y una unidad de cancelación de eco adaptada para aplicar el procedimiento de cancelación de eco seleccionado. Además, el procedimiento de cancelación de eco comprende las etapas de: muestreo descendente de las señales de habla entrantes por un enlace de comunicaciones, filtrado de las señales sometidas a muestreo descendente en un filtro adaptativo, muestreo ascendente de las señales filtradas, y sustracción de las señales sometidas a muestreo ascendente de las señales de habla que llegan desde el micrófono. La variación del procedimiento de cancelación de eco debido a la capacidad de procesamiento normalmente disponible del terminal de comunicaciones puede dar como resultado una utilización flexible y eficiente de la capacidad de procesamiento del terminal de comunicaciones.
Son posibles diferentes realizaciones de los métodos y disposiciones presentes en el terminal de comunicaciones que antecede. Por ejemplo, la unidad de cancelación de eco puede seleccionar el factor i de muestreo descendente y de muestreo ascendente a partir de una pluralidad de valores, donde cada uno de los valores representa un procedimiento separado de cancelación de eco disponible. El procedimiento de cancelación de eco puede ser seleccionado en base a la capacidad de procesamiento disponible del terminal de comunicaciones. Las señales en la segunda ramificación pueden ser retardadas un tiempo t, que es igual al retardo de tiempo que es introducido en la generación de la estimación, con anterioridad a que la primera estimación sea sustraída de las señales. El filtro digital puede ser adaptativo, y las señales de micrófono sometidas a muestreo descendente pueden ser usadas para adaptar el filtro. Un supresor de eco puede estar adaptado para suprimir cualesquiera ecos restantes a partir de la unidad de cancelación de eco.
Otras características y ventajas de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención va a ser descrita ahora con mayor detalle por medio de las realizaciones ejemplares y con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
La Figura 1a es una representación básica que ilustra un escenario en el que dos personas están hablado en terminales por un enlace de comunicaciones digital;
La Figura 1b es un diagrama que ilustra diferentes partes de retardo de tiempo de un eco que ocurre típicamente en una comunicación digital.
La Figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra una combinación de un cancelador de eco y un supresor de eco, de acuerdo con la técnica anterior.
La Figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra otra combinación de un cancelador de eco de banda dividida y un supresor de eco, de acuerdo con la técnica anterior;
La Figura 4 es un diagrama de bloques que ilustra una combinación de un cancelador de eco y un supresor de eco, de acuerdo con una realización;
La Figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra un método para controlar el cancelador de eco, de acuerdo con otra realización;
La Figura 6 es un diagrama de bloques que ilustra una unidad de cancelación de eco de acuerdo con otra realización adicional.
Descrita de manera breve, la presente invención proporciona una solución en la que un terminal de comunicaciones de voz, durante comunicación de habla con un terminal opuesto, puede conseguir cancelación de eco de las señales de micrófono de manera más efectiva y necesitar menos capacidad de procesamiento, antes de transmitir las señales hasta el terminal opuesto. Una estimación de la parte de las señales de micrófono que comprenden la mayor parte de la información de eco, se produce mediante muestreo descendente de las señales de habla entrantes por el enlace de comunicaciones procedentes del terminal opuesto, filtrando las señales sometidas a muestreo descendente en un filtro adaptativo, y sometiendo a muestreo ascendente las señales de salida del filtro adaptativo. Finalmente, la estimación de eco es sustraída de las señales de micrófono.
La presente invención proporciona también una solución en la que un terminal de comunicaciones de voz, durante comunicación de habla con un terminal opuesto, puede detectar su propia capacidad de procesamiento normalmente disponible, y dependiendo de la capacidad de procesamiento detectada, ajustar su propio procedimiento de cancelación de eco a una adecuada. El terminal detecta la capacidad de procesamiento disponible, y en base a esa capacidad, determina un procedimiento de cancelación de eco adecuado. A continuación, el terminal comprueba si el procedimiento actualmente utilizado es el mismo que el determinado. Si los procedimientos no son los mismos, el terminal sustituye el procedimiento por el determinado, y continúa recibiendo información acerca de la capacidad de procesamiento normalmente disponible. Por otra parte, si los procedimientos son los mismos, no es necesario sustituir el procedimiento y el terminal continúa recibiendo información acerca de la capacidad de procesamiento normalmente disponible.
Alternativamente, también es posible utilizar el método de cancelación de eco descrito anteriormente, con independencia de la capacidad de procesamiento disponible del terminal, es decir sin ajustar el procedimiento de cancelación de eco basado en la capacidad de procesamiento actualmente utilizada.
A través de la presente descripción, el término “habla” se refiere a cualquier forma de sonidos vocales. Un “cancelador de eco” puede ser cualquier combinación de filtrado lineal basado en canceladores de eco con o sin supresores de eco. El término “información de eco en las señales de micrófono” es la parte de las señales de micrófono recibidas que se originan desde el altavoz. En los ejemplos que siguen, se supone que FIR-NLMS (Respuesta de Impulso Finito – Mínimo Cuadrado Medio Normalizado) se utiliza como método de filtrado para la estimación. Sin embargo, el filtro puede usar también cualquier otro método adaptativo o no adaptativo adecuado, por ejemplo NLMS (Mínimo Cuadrado Medio Normalizado), RLS (Mínimo Cuadrado Recursivo), LS (Mínimo Cuadrado), etc.
Con referencia a la Figura 4, se va a describir ahora una realización de una disposición para cancelación de eco. Un terminal 400 es utilizado por una persona 410, durante una llamada de voz con un terminal opuesto (no representado). Las señales de habla digitales entrantes que llegan por un enlace de comunicaciones 402 son convertidas por medio de un convertidor D/A 404 en señales de voz analógicas, las cuales son emitidas por un altavoz 406 del terminal 400. Un micrófono 412 del terminal 400 recibe tanto el habla de la persona 410 como el habla procedente del terminal opuesto, emitida desde el altavoz 406 y afectada por el entorno 408 del terminal 400. Las señales de micrófono procedentes del micrófono 412 son convertidas por un convertidor A/D 414 en señales digitales. El terminal incluye también una unidad 416 de cancelación de eco, la cual toma como entrada las señales del enlace de comunicaciones 402 procedentes del terminal opuesto y también las señales convertidas A/D procedentes del micrófono 412 del terminal 400, y produce una señal de salida. La señal de salida procesada es finalmente procesada también por un Procesador No Lineal (NLP) 422, por ejemplo para suprimir cualesquiera ecos restantes, con anterioridad a ser transferida al terminal opuesto (no representado). La unidad 416 de cancelación de eco puede aplicar uno de una pluralidad de procedimientos de cancelación de eco seleccionables, 416a, 416b, ..., los cuales se eligen dependiendo de la capacidad de procesamiento normalmente disponible del terminal 400. Los procedimientos 416a, 416b, ..., de cancelación de eco requieren cantidades diferentes de capacidad de procesamiento disponible.
Por ejemplo, si se detecta una gran cantidad de capacidad de procesamiento disponible, se utilizará un procedimiento de cancelación de eco más riguroso, que requiere más capacidad de procesamiento. Cuando, por otra parte, se detecta menos capacidad de procesamiento normalmente disponible, se deberá usar un procedimiento de cancelación de eco menos riguroso, que requiere una capacidad de procesamiento menor.
Un indicador de capacidad 418 indica la capacidad de procesamiento normalmente disponible del terminal 400, y proporciona este valor como entrada a una unidad de control 420. La capacidad de procesamiento disponible varía, debido a diferentes procesos en curso en el terminal. El indicador de capacidad 418 monitoriza uno o más procesadores (no representados) del terminal 410 para recibir información de la capacidad de procesamiento normalmente disponible.
La unidad de control 420 selecciona consiguientemente a continuación un procedimiento 416a, 416b, ..., de cancelación de eco adecuado, y también proporciona información acerca del procedimiento 416a, 416b, ..., de cancelación de eco seleccionado, al NLP 422, el cual ajusta sus algoritmos dependiendo del procedimiento 416a, 416b, ..., de cancelación de eco seleccionado. Una ventaja de la presente invención consiste en que el procedimiento de cancelación de eco puede ser ajustado debido a la capacidad de procesamiento normalmente disponible. En otras palabras, cuando solamente se utiliza una pequeña cantidad de capacidad de procesamiento para otro procesamiento en el terminal 400, se puede usar más capacidad de procesamiento del terminal 400 para cancelación de eco, dando como resultado una mejor cancelación de eco. Cuando, por otra parte, se requiere más capacidad de procesamiento del terminal 400 para otro procesamiento, se puede usar un procedimiento que requiera menos capacidad, dando aún como resultado una cancelación de eco suficiente. De esta manera, la calidad de habla puede ser optimizada sin comprometer los requisitos de procesamiento de otras actividades en el terminal
400. Un ejemplo de un procedimiento de este tipo, que requiere menos capacidad de procesamiento pero que no obstante da como resultado una cancelación de eco suficiente, se va a describir a continuación de acuerdo con la Figura 6. En la práctica, se utiliza un NLP para suprimir cualesquiera ecos restantes en las señales de salida desde la unidad 416 de cancelación de eco. Sin embargo, se pueden usar también otros circuitos para eliminar potenciales ecos restantes. Para una unidad de cancelación de eco que produzca solamente ecos restantes menores, el NLP puede ser excluido. Por lo tanto, el NLP es opcional y no necesario para la presente invención.
Con referencia a la Figura 5, que ilustra un diagrama de flujo con etapas ejecutadas en un terminal de comunicaciones operado por un usuario, se va a describir ahora un proceso de selección de un método de cancelación de eco de acuerdo con otra realización. El terminal está capacitado para usar diferentes procedimientos de cancelación de eco dependiendo de la capacidad normalmente disponible. En una primera etapa 500, se recibe una indicación de la capacidad de procesamiento disponible de forma más o menos continua desde un indicador de capacidad o similar. En una siguiente etapa 502, se selecciona un procedimiento de cancelación de eco adecuado, dependiendo de la capacidad de procesamiento disponible. En una siguiente etapa 504, dependiendo de si el procedimiento de cancelación de eco actualmente aplicado y del procedimiento de cancelación de eco seleccionado en la etapa 502 son iguales o no, se decide si el procedimiento debe ser actualizado o no. Si el procedimiento de cancelación de eco seleccionado se aplica actualmente, no es necesario actualizar el procedimiento de cancelación de eco, y el procedimiento retorna a la etapa 500 para seguir recibiendo la indicación de la capacidad de procesamiento disponible del terminal. Si, en cambio, el procedimiento de cancelación de eco seleccionado no es aplicado actualmente, se decide en la etapa 504 actualizar el procedimiento de cancelación de eco. A continuación, en la etapa 506, el procedimiento de cancelación de eco actualmente aplicado se sustituye por el procedimiento de cancelación de eco seleccionado. En la siguiente etapa 508 opcional, el algoritmo del NLP puede ser también actualizado concordantemente, si se utiliza. Finalmente, el procedimiento retorna a la etapa 500 y sigue recibiendo la indicación de la capacidad de procesamiento disponible del terminal.
Con referencia a la Figura 6, se va a describir ahora una realización de una unidad de cancelación de eco haciendo referencia adicional a la Figura 4. La unidad 600 de cancelación de eco (mencionada también como 416 en la Figura 4), está capacitada para aplicar una pluralidad de procedimientos 416a, 416b, ..., de cancelación de eco seleccionables. Cuando aplica un procedimiento específico de cancelación de eco, la unidad 600 de cancelación de eco trabajará como sigue: la unidad de cancelación de eco toma como entrada 602 las señales de habla desde el enlace de comunicaciones 402 de llegada, y como entrada 612 las señales de salida procedentes del convertidor A/D 414. La unidad 600 alimenta las señales de su salida 624 como entrada al NLP 422. Las señales entrantes de la entrada 612 son alimentadas por dos ramificaciones, una ramificación 608 de estimación y una ramificación 610 de habla.
Las señales de entrada de las entradas 602 y 612, son sometidas a muestreo descendente con un factor i mediante los muestreadores descendentes 604 y 614, respectivamente. El factor i de muestreo descendente puede ser un valor entero (2, 3, 4, ..., n), por ejemplo un factor 2 de muestreo descendente desde 24 kHz hasta 12 kHz, o un factor 3 de muestreo descendente desde 24 kHz hasta 8 kHz. Sin embargo, el factor i de muestreo descendente puede ser también cualquier otro valor adecuado, por ejemplo un número decimal. Cada valor para el factor i de muestreo descendente representa un procedimiento separado de cancelación de eco.
La unidad 600 posee un filtro digital 606 que toma como entrada las señales de salida procedentes del muestreador descendente 604 y produce una estimación de eco sometido a muestreo descendente. El filtro digital está adaptado en base a la salida del sustractor 616 al que se alimentan como entrada las señales de salida sometidas a muestreo descendente procedentes del muestreador descendente 614. Los coeficientes de filtro en el filtro 606 se determinan dinámicamente a partir de las entradas y son actualizados de forma continua, debido al entorno cambiante del terminal 400. El filtro procesa las señales de entrada procedentes del muestreador descendente 604, dando como resultado una estimación de la parte de las señales de la entrada 612 que se originan a partir del altavoz 406 del terminal 400 y que están afectadas por el entorno del terminal 400, sometidas a muestreo descendente con el factor de muestreo descendente. Estas señales de estimación sometidas a muestreo descendente serán alimentadas como señales de entrada al sustractor 616, y también a un muestreador ascendente 618. El muestreador ascendente 618 somete a muestreo ascendente las señales de entrada con el mismo factor i con el que se realizó la operación de muestreo descendente. Las señales de salida desde el muestreador ascendente 618 son una estimación de la parte de las señales de micrófono presentes en la entrada 612, que se originan a partir del altavoz 406 del terminal 400. Estas señales de micrófono están afectadas por el entorno del terminal 400.
La capacidad de procesamiento requerida para la cancelación de eco puede ser ajustada, debido a la capacidad de procesamiento disponible del terminal 400, variando el factor i de muestreo descendente. Ambas operaciones de muestreo descendente y muestreo ascendente se realizan con este factor i. Un factor i de muestreo descendente más alto requiere una cantidad relativamente más pequeña de capacidad de procesamiento, y una tasa de muestreo más baja requiere una cantidad relativamente más grande de capacidad de procesamiento.
Sin embargo, el procesamiento de las señales de la entrada 612 en la ramificación de estimación 608 da como resultado un retardo, debido al muestreo descendente y al muestreo ascendente y al posible retardo en el proceso de estimación del eco. Por lo tanto, en la ramificación de habla 610, un circuito 620 de retardo está adaptado para tomar como entrada las señales de la entrada 612, y para producir el mismo retardo que para la ramificación de estimación 608. Las señales de salida del muestreador ascendente 618 son alimentadas como primera entrada a un sustractor 622, y las señales de salida del circuito de retardo 620 son alimentadas como segunda entrada al sustractor 622. El sustractor 622 resta las señales de su primera entrada de las señales de su segunda entrada, es decir, las señales de salida de la ramificación de estimación 608 procedentes de las señales de salida de la ramificación de habla 610, dando como resultado señales de eco reducido 624 en su salida. Finalmente, estas señales reducidas de eco son alimentadas como entrada al NLP 422.
Las otras unidades de cancelación de eco seleccionables pueden ser cualesquiera unidades de cancelación de eco adecuadas, y no se definen con detalle en la presente descripción.
Mediante la presente invención, se obtiene un método flexible para cancelación de eco, optimizando la calidad de habla sin comprometer los requisitos de procesamiento de otras actividades en el terminal. Utilizando la solución descrita en lo que antecede, se puede llevar a cabo la cancelación de eco para una gama de frecuencia relativamente mas baja, en la que se encuentra presente la mayoría de los ecos. Además, no es necesario combinar las gamas de frecuencia en una señal compuesta, lo que por otra parte es complicado y requiere gran cantidad de capacidad de procesamiento.
Aunque la invención ha sido descrita con referencia a realizaciones ejemplares específicas, la descripción sólo pretende, en general, ilustrar el concepto inventivo y no debe ser tomada como limitación del alcance de la invención. Aunque se han utilizado terminales móviles o teléfonos móviles a través de la misma cuando se han descrito las realizaciones anteriores, se pueden utilizar otros terminales para comunicación de voz por un enlace de comunicaciones digital de la manera descrita. Aunque se utiliza el método FIR-NLMS en las realizaciones aquí descritas, cualquier otro método de filtrado adaptativo o no adaptativo adecuado puede ser también usado para estimar los ecos de las señales de micrófono.
La invención se define en general mediante las reivindicaciones independientes que siguen.
Claims (8)
- REIVINDICACIONES1.- Un método para cancelar ecos en un terminal de comunicaciones (400) durante una llamada de voz con una parte interesada opuesta, comprendiendo el terminal (400) un altavoz y un micrófono, comprendiendo el método las etapas siguientes que son ejecutadas por una unidad (416, 600) de cancelación de eco en el terminal (400):a) recibir señales de habla desde el micrófono en una primera entrada (612) de la unidad (600) de cancelación de eco,b) alimentar las señales de micrófono recibidas a una primera ramificación (608) y a una segunda ramificación (610),c) recibir señales de habla desde la parte interesada opuesta en una segunda entrada (602) de la unidad (600) de cancelación de eco,d) producir en la primera ramificación (608) una primera estimación de una información de eco en las señales de micrófono, en base a las señales de micrófono recibidas y a las señales de habla recibidas desde la parte interesada opuesta,e) realizar una sustracción en la que la primera estimación producida es sustraída de las señales alimentadas a la segunda ramificación (610), yf) presentar a la salida el resultado de la sustracción a partir de la unidad (416, 600) de cancelación de eco,en el que la etapa de producir una primera estimación comprende además las siguientes sub-etapas:
- •
- muestro descendente de las señales de micrófono recibidas en la primera ramificación (608) con un factor i de muestreo descendente,
- •
- muestreo descendente de las señales de habla recibidas procedentes de la parte interesada opuesta con el factor i de muestreo descendente,
- •
- producción de una segunda estimación muestreada descendente de la información de eco de las señales de micrófono, filtrando las señales de habla sometidas a muestreo descendente procedentes de la parte interesada opuesta en un filtro digital (606), y
- •
- producción de la primera estimación mediante muestreo ascendente de la segunda estimación con un factor i de muestreo ascendente, igual al factor i de muestreo descendente,
caracterizado porque el factor i de muestreo descendente y de muestreo ascendente se elige a partir de una pluralidad de valores, donde cada uno de los valores representa un procedimiento de cancelación de eco (416a, b, …, n) disponible separado. - 2.- Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los procedimientos (416a, b, ..., n) de cancelación de eco requieren diferentes cantidades de capacidad de procesamiento del terminal (400), y el procedimiento (416a, b, ..., n) de cancelación de eco se elige en base a la capacidad de procesamiento normalmente disponible del terminal (400).
- 3.- Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la etapa de seleccionar el procedimiento de cancelación de eco comprende además sustituir un procedimiento de cancelación de eco normalmente utilizado por el procedimiento de cancelación de eco seleccionado, si el procedimiento de cancelación de eco normalmente utilizado no es el mismo que el procedimiento de cancelación de eco seleccionado.
- 4.- Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que las señales alimentadas a la segunda ramificación (610) son retardadas en un tiempo t con anterioridad a la sustracción de la etapa e), siendo el tiempo t igual al retardo de tiempo introducido en la producción de la primera estimación.
- 5.- Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el filtro digital (606) es adaptativo y la diferencia entre las señales de micrófono muestreadas descendentes y la segunda estimación se utiliza para adaptar el filtro (606).
- 6.- Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que cualesquiera ecos restantes en las señales de salida desde la unidad (416, 600) de cancelación de eco son suprimidas por medio de un supresor de eco (422).
- 7.- Una disposición en un terminal de comunicaciones (400), para cancelar ecos durante una llamada de voz con un parte interesada opuesta con anterioridad a la transferencia de las señales de habla a la parte interesada opuesta, que comprende una unidad (416, 600) de cancelación de eco, que tiene;a) una primera entrada (612) adaptada para recibir señales de habla desde un micrófono (406) del terminal (400),b) una segunda entrada (602) adaptada para recibir señales de habla desde una parte interesada opuesta,c) una primera ramificación (608) adaptada para recibir las señales de micrófono en la primera entrada (612), y producir una primera estimación de una información de eco de las señales de micrófono, en base a las señales de micrófono recibidas y a las señales de habla recibidas procedentes de la parte interesada opuesta,d) una segunda ramificación (610) adaptada para recibir las señales de micrófono en la primera entrada (612), ye) un sustractor (622) adaptado para realizar una sustracción con la que la primera estimación producida en la primera ramificación (608) será sustraída de las señales de la segunda ramificación (610), con anterioridad a ser presentadas en la salida de la unidad (416, 600) de cancelación de eco,en la que la unidad (416, 600) de cancelación de eco comprende también:
- •
- un primer muestreador descendente (614) adaptado para el muestreo descendente de las señales de micrófono recibidas en la primera ramificación (608) con un factor i de muestreo descendente,
- •
- un segundo muestreador descendente (604) adaptado para el muestreo descendente de las señales de habla recibidas desde la parte interesada opuesta con el factor i de muestreo descendente,
- •
- un filtro digital (606) adaptado para producir una segunda estimación de la información de eco de las señales de micrófono, filtrando las señales de habla muestreadas descendentes procedentes de la parte interesada opuesta, y
- •
- un muestreador ascendente (618) adaptado para producir la primera estimación mediante muestreo ascendente de la segunda estimación con un factor i de muestreo ascendente, igual al factor i de muestreo descendente,
caracterizada porque el factor i de muestreo descendente es seleccionable a partir de una pluralidad de valores, donde cada valor de i representa un procedimiento (416a, b, ..., n) de cancelación de eco separado disponible. - 8.- Una disposición de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende un indicador de capacidad (418) adaptado para indicar la capacidad de procesamiento normalmente disponible del terminal (400), y una unidad de control (420) adaptada para seleccionar uno de los procedimientos (416a, b, ..., n) de cancelación de eco disponibles, en base a la capacidad de procesamiento normalmente disponible indicada, requiriendo los procedimientos (416a, b, ..., n) de cancelación de eco disponibles cantidades diferentes de capacidad de procesamiento del terminal (400).
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